Velký zájem o moderní astrofyziku a kosmologii je zvláštní třída jevů nazývaných gama záblesky. Již několik desetiletí, a zvláště aktivně v posledních letech, věda shromažďuje pozorovací data týkající se tohoto rozsáhlého kosmického jevu. Jeho povaha nebyla dosud plně objasněna, ale existují dostatečně podložené teoretické modely, které tvrdí, že ji vysvětlují.
Koncept fenoménu
Gamma záření je nejtvrdší oblast elektromagnetického spektra, tvořená vysokofrekvenčními fotony od přibližně 6∙1019 Hz. Vlnové délky gama záření mohou být srovnatelné s velikostí atomu a mohou být také o několik řádů menší.
Záblesk gama je krátký a extrémně jasný záblesk kosmického záření gama. Jeho trvání může být od několika desítek milisekund do několika tisíc sekund; nejčastěji registrovanízáblesky trvající asi sekundu. Jas záblesků může být významný, stokrát vyšší než celkový jas oblohy v měkkém rozsahu gama. Charakteristické energie se pohybují od několika desítek do tisíců kiloelektronvoltů na kvantum záření.
Zdroje světlic jsou rovnoměrně rozmístěny po nebeské sféře. Bylo prokázáno, že jejich zdroje jsou extrémně daleko, v kosmologických vzdálenostech v řádu miliard světelných let. Dalším rysem burstů je jejich rozmanitý a komplexní profil vývoje, jinak známý jako světelná křivka. Registrace tohoto jevu se vyskytuje téměř každý den.
Historie studia
K objevu došlo v roce 1969 při zpracovávání informací z amerických vojenských satelitů Vela. Ukázalo se, že v roce 1967 satelity zaznamenaly dva krátké pulzy gama záření, které členové týmu nedokázali s ničím identifikovat. V průběhu let se počet takových akcí zvýšil. V roce 1973 byla data Vela odtajněna a zveřejněna a začal vědecký výzkum fenoménu.
Na konci 70. a na začátku 80. let v Sovětském svazu série experimentů KONUS prokázala existenci krátkých záblesků o délce až 2 sekund a také prokázala, že záblesky gama záření jsou distribuovány náhodně.
V roce 1997 byl objeven fenomén "dosvitu" - pomalého rozpadu vzplanutí na delších vlnových délkách. Poté se vědcům poprvé podařilo ztotožnit událost s optickým objektem - velmi vzdálenou galaxií s rudým posuvem.z=0, 7. To umožnilo potvrdit kosmologickou povahu jevu.
V roce 2004 byla spuštěna orbitální gama observatoř Swift, s jejíž pomocí bylo možné rychle identifikovat události v oblasti gama se zdroji rentgenového a optického záření. V současné době na oběžné dráze funguje několik dalších zařízení, včetně kosmického dalekohledu Gamma-ray Space Telescope. Fermi.
Klasifikace
V současné době se na základě pozorovaných znaků rozlišují dva typy záblesků gama:
- Dlouhý, charakterizovaný trváním 2 sekund nebo více. Takových ohnisek je asi 70 %. Jejich průměrná doba trvání je 20–30 sekund a maximální zaznamenaná doba trvání vzplanutí GRB 130427A byla více než 2 hodiny. Existuje názor, podle kterého by se takové dlouhé události (nyní jsou tři) měly rozlišovat jako zvláštní typ ultra dlouhých výbojů.
- Krátké. Vyvíjejí se a slábnou v úzkém časovém rámci – méně než 2 sekundy, ale v průměru trvají asi 0,3 sekundy. Rekordmanem je zatím záblesk, který trval pouhých 11 milisekund.
Dále se podíváme na nejpravděpodobnější příčiny GRB dvou hlavních typů.
Hypernova echa
Podle většiny astrofyziků jsou dlouhé výbuchy výsledkem kolapsu extrémně hmotných hvězd. Existuje teoretický model, který popisuje rychle rotující hvězdu o hmotnosti více než 30 hmotností Slunce, která na konci svého života dá vzniknout černé díře. Akreční disktakový objekt, kolapsar, vzniká díky hmotě hvězdného obalu, který rychle padá na černou díru. Černá díra to pohltí během několika sekund.
V důsledku toho vznikají silné polární ultrarelativistické výtrysky plynu – výtrysky. Rychlost výtoku hmoty v tryskách se blíží rychlosti světla, teplota a magnetická pole v této oblasti jsou obrovská. Takový jet je schopen generovat tok gama záření. Tento jev byl nazván hypernova, analogicky s termínem „supernova“.
Mnoho dlouhých záblesků gama záření je celkem spolehlivě identifikováno se supernovami s neobvyklým spektrem ve vzdálených galaxiích. Jejich pozorování v rádiovém dosahu naznačilo možnou existenci ultrarelativistických trysek.
Srážky neutronových hvězd
Podle modelu dochází ke krátkým zábleskům při splynutí masivních neutronových hvězd nebo páru neutronová hvězda-černá díra. Taková událost dostala zvláštní jméno - "kilon", protože energie emitovaná při tomto procesu může překročit uvolnění energie nových hvězd o tři řády.
Dvojice supermasivních součástí nejprve tvoří binární systém vyzařující gravitační vlny. Výsledkem je, že systém ztrácí energii a jeho součásti na sebe rychle padají po spirálních trajektoriích. Jejich spojením vzniká rychle rotující objekt se silným magnetickým polem speciální konfigurace, díky kterému opět vznikají ultrarelativistické výtrysky.
Simulace ukazuje, že výsledkem je černá díra s akrečním plazmovým toroidem dopadajícím na černou díru za 0,3 sekundy. Existence ultrarelativistických výtrysků generovaných akrecí trvá stejně dlouho. Údaje z pozorování jsou obecně v souladu s tímto modelem.
V srpnu 2017 detekovaly detektory gravitačních vln LIGO a Virgo sloučení neutronových hvězd v galaxii vzdálené 130 milionů světelných let. Ukázalo se, že numerické parametry kilonovy nejsou úplně stejné, jak předpovídá simulace. Ale událost gravitační vlny byla doprovázena krátkým výbuchem v oblasti gama záření, stejně jako efekty v rentgenových až infračervených vlnových délkách.
Podivný blesk
Dne 14. června 2006 detekovala observatoř Swift Gamma observatoř neobvyklou událost v nepříliš hmotné galaxii vzdálené 1,6 miliardy světelných let. Jeho charakteristika neodpovídala parametrům jak dlouhých, tak krátkých záblesků. Záblesk gama záření GRB 060614 měl dva pulsy: první, tvrdý puls kratší než 5 sekund, a poté 100sekundový „ocas“měkčích gama paprsků. Známky supernovy v galaxii se nepodařilo detekovat.
Není to tak dávno, co už byly podobné události pozorovány, ale byly asi 8krát slabší. Tento hybridní nárůst tedy ještě nezapadá do rámce teoretického modelu.
Existuje několik hypotéz o původu anomálního gama záblesku GRB 060614. V-Za prvé, můžeme předpokládat, že je opravdu dlouhý a podivné rysy jsou způsobeny nějakými specifickými okolnostmi. Za druhé, záblesk byl krátký a „ocas“události z nějakého důvodu získal velkou délku. Za třetí, lze předpokládat, že astrofyzici se setkali s novým typem výbuchů.
Existuje také zcela exotická hypotéza: na příkladu GRB 060614 vědci narazili na takzvanou „bílou díru“. Toto je hypotetická oblast časoprostoru, která má horizont událostí, ale pohybuje se podél časové osy naproti normální černé díře. V zásadě rovnice obecné teorie relativity předpovídají existenci bílých děr, ale neexistují žádné předpoklady pro jejich identifikaci a žádné teoretické představy o mechanismech vzniku takových objektů. S největší pravděpodobností bude třeba opustit romantickou hypotézu a zaměřit se na přepočítávání modelů.
Potenciální nebezpečí
Záblesky gama ve vesmíru jsou všudypřítomné a vyskytují se poměrně často. Nabízí se přirozená otázka: představují nebezpečí pro Zemi?
Teoreticky vypočítané důsledky pro biosféru, která může způsobit intenzivní gama záření. Takže s uvolněním energie 1052 erg (což odpovídá 1039 MJ nebo přibližně 3,3∙1038 kWh) a vzdálenost 10 světelných let by byl účinek výbuchu katastrofální. Bylo spočítáno, že na každém čtverečním centimetru zemského povrchu na polokouli, který by měl tu smůlu zasáhnout gama paprskyprůtok, uvolní se 1013 erg nebo 1 MJ nebo 0,3 kWh energie. Ani druhá hemisféra nebude mít potíže – všechno živé tam zemře, ale o něco později, kvůli sekundárním efektům.
Taková noční můra nás však pravděpodobně neohrozí: v blízkosti Slunce prostě nejsou žádné hvězdy, které by mohly poskytnout tak monstrózní uvolnění energie. Osud stát se černou dírou nebo neutronovou hvězdou neohrožuje ani hvězdy blízko nás.
Výbuch gama záření by samozřejmě představoval vážnou hrozbu pro biosféru a na mnohem větší vzdálenost, je však třeba mít na paměti, že jeho záření se nešíří izotropně, ale spíše úzkým proudem, a pravděpodobnost pádu do něj ze Země je mnohem menší, než si obecně nevšimneme.
Perspektivy učení
Vesmírné gama záblesky jsou již téměř půl století jednou z největších astronomických záhad. Nyní je úroveň znalostí o nich značně pokročilá díky rychlému vývoji pozorovacích nástrojů (včetně vesmírných), zpracování dat a modelování.
Není to tak dávno, co byl například podniknut důležitý krok k objasnění původu jevu burst. Při analýze dat z družice Fermi bylo zjištěno, že gama záření je generováno srážkami protonů ultrarelativistických výtrysků s protony mezihvězdného plynu a podrobnosti tohoto procesu byly upřesněny.
Má využívat dosvit vzdálených událostí pro přesnější měření distribuce mezigalaktického plynu až do vzdáleností určených rudým posuvem Z=10.
SoučasněVelká část povahy výbuchů je stále neznámá a měli bychom počkat na objevení se nových zajímavých skutečností a další pokrok ve studiu těchto objektů.
